KOMPETENSI DASAR 4.2: METODE GEOFISIKA:
A. METODE SEISMIK (SEISMIC)
Gelombang seismik merupakan gelombang mekanis yang terjadi di bumi baik yang disebabkan secara alami maupun buatan manusia. Eksplorasi seismik adalah istilah yang dipakai di dalam bidang geofisika untuk menerangkan aktivitas pencarian sumber daya alam dan mineral yang ada di bawah permukaan bumi dengan bantuan gelombang seismik. Hasil rekaman yang diperoleh dari survei ini disebut dengan penampang seismik.
Sedangkan metode seismik merupakan metode geofisika yang salah satu kegunaannya untuk eksplorasi sumber daya alam dan mineral yang ada di bawah permukaan bumi dengan bantuan gelombang seismik. Metode seismik merupakan salah satu metode yang sangat penting dan banyak dipakai di dalam teknik geofisika. Hal ini disebabkan metode seismik mempunyai ketepatan serta resolusi yang tinggi di dalam memodelkan struktur geologi di bawah permukaan bumi. Eksplorasi seismik atau eksplorasi dengan menggunakan metode seismik banyak digunakan oleh perusahaaan-perusahaan minyak untuk melakukan pemetaan struktur di bawah permukaan bumi untuk bisa melihat kemungkinan adanya jebakan-jebakan minyak berdasarkan interpretasi dari penampang seismiknya.
Dalam menentukan struktur geologi, metode seismik dikategorikan ke dalam tiga bagian yang besar yaitu:
1. Metode seismik pantul (refleksi atau reflected seismic) 2. Metode seismik bias (head wave atau refrected seismic) 3. Metode seismik inversi
Seismik refraksi efektif digunakan untuk penentuan struktur geologi yang dangkal. Seismik refleksi untuk struktur geologi yang dalam. Sedangkan seismik inversi digunakan untuk proses pemodelan geofisika yang dilakukan untuk memprediksi informasi sifat fisis bumi berdasarkan informasi rekaman seismik yang diperoleh.
Eksperimen seismik pertama kali tahun 1845 oleh Robert Mallet, yang oleh mayoritas orang dikenal sebagai bapak seismologi instrumentasi. Mallet mengukur waktu tranmisi gelombang seismik, yang dikenal sebagai gelombang permukaan, yang dibangkitkan oleh sebuah ledakan. Mallet meletakkan sebuah wadah kecil berisi merkuri pada jarak tertentu dari sumber ledakan dan mencatat waktu yang diperlukan oleh merkuri untuk be-riak. Pada tahun 1909, Andrija Mohorovicic menggunakan waktu jalar dari sumber gempa bumi untuk eksperimennya dan menemukan keberadaan bidang batas antara mantel dan kerak bumi yang sekarang disebut sebagai Moho.
Gambar 4.1 Gambaran dari teori Mallet
Geo Pfisika FKIP UNS Page 81 1. Prinsip Dasar Metode Seismik
Dasar metode seismik dapat digambarkan sebagai berikut. Suatu sumber gelombang dibangkitkan di permukaan bumi (sumber dapat berupa ledakan,vibroseis, dll). Karena material bumi bersifat elastik maka gelombang seismik yang terjadi akan dijalarkan ke dalam bumi dalam berbagai arah. Pada bidang batas antar lapisan, gelombang ini, sebagian dipantulkan dan sebagian lain dibiaskan untuk diteruskan ke permukaan bumi. Di permukaan bumi gelombang tersebut diterima oleh serangkaian detektor (geophone) yang umumnya disusun membentuk garis lurus dengan sumber ledakan (profil line), kemudian dicatat/direkam oleh suatu alat seismogram. Dengan mengetahui waktu tempuh gelombang dan jarak antar geophone dan sumber ledakan, struktur lapisan geologi di bawah permukaan bumi dapat diperkirakan berdasarkan besar kecepatannya.
Hukum fisika yang menjadi landasan teori dari gelombang seismik yaitu sebagai berikut:
Gelombang seismik mempunyai kelakuan yang sama dengan kelakuan gelombang cahaya, sehingga hukum-hukum yang berlakuuntuk gelombang cahaya berlaku juga untuk gelombang seismik. Hukum-hukum tersebut antara lain:
a. Huygens mengatakan bahwa gelombang menyebar dari sebuah titik sumber gelombang ke segala arah dengan bentuk bola.
b. Hukum snellius menyatakan bahwa bila suatu gelombang jatuh di atas bidang batas dua medium yang mempunyai perbedaan densitas, maka gelombang tersebut akan dibiaskan jika sudut datang gelombang lebih kecil atau sama dengan sudut kritisnya. Gelombang akan dipantulkan jika sudut datangnya lebih besar dari sudut kritisnya. Gelombang datang, gelombang bias, gelombang pantul terletak pada suatu bidang datar.
Gambar 4.2 Metode Seismik
Geo Pfisika FKIP UNS Page 82 2. Metode-metode seismik
a. Seismik refraksi
Seismik refraksi dihitung berdasarkan waktu jalar gelombang pada tanah/batuan dari posisi sumber ke penerima pada berbagai jarak tertentu. Pada metode ini, gelombang yang terjadi setelah gangguan pertama (first break) diabaikan, sehingga sebenarnya hanya data first break saja yang dibutuhkan. Parameter jarak (offset) dan waktu jalar dihubungkan oleh cepat rambat gelombang dalam medium. Kecepatan tersebut dikontrol oleh sekelompok konstanta fisis yang ada di dalam material dan dikenal sebagai parameter elastisitas batuan.
Gambar 4.3 Metode seismik Refraksi b. Seismik refleksi
Sedangkan dalam seismik refleksi, analisis dikonsentrasikan pada energi yang diterima setelah getaran awal diterapkan. Secara umum, sinyal yang dicari adalah gelombang-gelombang yang terpantulkan dari semua interface antar lapisan di bawah permukaan.
Analisis yang dipergunakan dapat disamakan dengan ‘echo sounding’ pada teknologi bawah air, kapal, dan sistem radar. Informasi tentang medium juga dapat diekstrak dari bentuk dan amplitudo gelombang refleksi yang direkam. Struktur bawah permukaan dapat cukup kompleks, tetapi analisis yang dilakukan masih sama dengan seismik refraksi, yaitu analisis berdasar kontras parameter elastisitas medium.
Seismik refleksi adalah metoda geofisika dengan menggunakan gelombang elastis yang dipancarkan oleh suatu sumber getar yang biasanya berupa ledakan dinamit (pada umumnya digunakan di darat, sedangkan di laut menggunakan sumber getar (pada media air menggunakan sumber getar berupa air gun, boomer atau sparker). Gelombang bunyi yang dihasilkan dari ledakan tersebut menembus sekelompok batuan di bawah permukaan yang nantinya akan dipantulkan kembali ke atas permukaan melalui bidang reflektor yang berupa batas lapisan batuan. Gelombang yang dipantulkan ke permukaan ini diterima dan direkam oleh alat perekam yang disebut geophone (di darat) atau Hydrophone (di laut), (Badley, 1985). Refleksi dari suatu horison geologi mirip dengan gema pada suatu muka tebing atau jurang.
Metoda seismik refleksi banyak dimanfaatkan untuk keperluan eksplorasi perminyakan, penentuan sumber gempa ataupun mendeteksi struktur lapisan tanah. Seismik refleksi hanya mengamati gelombang pantul yang datang dari batas-batas formasi geologi.
Geo Pfisika FKIP UNS Page 83 Gelombang pantul ini dapat dibagi atas beberapa jenis gelombang yakni: Gelombang-P, Gelombang-S, Gelombang Stoneley, dan Gelombang Love.
Eksplorasi seismik refleksi dapat dikelompokan menjadi dua, yaitu eksplorasi prospek dangkal dan eksplorasi prospek dalam. Eksplorasi seismik dangkal (shallow seismic reflection) biasanya diaplikasikan untuk eksplorasi batubara dan bahan tambang lainnya.
Sedangkan seismik dalam digunakan untuk eksplorasi daerah prospek hidrokarbon (minyak dan gas bumi). Kedua kelompok ini tentu saja menuntut resolusi dan akurasi yang berbeda begitu pula dengan teknik lapangannya.
Secara umum, metode seismik refleksi terbagi atas tiga bagian penting yaitu pertama adalah akuisisi data seismik yaitu merupakan kegiatan untuk memperoleh data dari lapangan yang disurvei, kedua adalah pemprosesan data seismik sehingga dihasilkan penampang seismik yang mewakili daerah bawah permukaan yang siap untuk diinterpretasikan, dan yang ketiga adalah interpretasi data seismik untuk memperkirakan keadaan geologi di bawah permukaan dan bahkan juga untuk memperkirakan material batuan di bawah permukaan.
Gambar 4.4 Metode seismik Refleksi c. Seismik inversi
Seismik inversi adalah proses pemodelan geofisika yang dilakukan untuk memprediksi informasi sifat fisis bumi berdasarkan informasi rekaman seismik yang diperoleh.
Upaya inversi merupakan kebalikan (inverse) dari upaya pengambilan data seismik (forward modeling). Sebagaimana yang kita ketahui forward modeling adalah operasi konvolusi antara wavelet sumber dengan kontras impedansi akustik bumi (koefisien refleksi). Proses inversi merupakan proses 'pembagian' rekaman seismik terhadap wavelet sumber yang diprediksi.
Geo Pfisika FKIP UNS Page 84 Gambar 4.5 Gambaran pengambilan data pada metode seismic inversi
Berdasarkan gambar diatas dapat dilihat bahwa secara bebas dapat dikatakan bahwa impedansi akustik (hasil inversi) merepresentasikan sifat fisis 'internal' batuan sedangkan rekaman seismik merepresentasikan 'batas batuan'. Sehingga hasil inverse dapat digunakan untuk menginterpretasi perubahan fasies dalam suatu horizon geologi.
Sebenarnya bagi ahli geofisika, sifat fisis internalpun dapat dilihat berdasarkan karakter amplitudo atau frekuensi rekaman seismiknya. Pemilihan 'wavelet yang diprediksi' pada proses inversi merupakan prosedur yang sangat penting, sifat 'wavelet yang diprediksi' mencerminkan horizon yang menjadi target. Cara diantaranya dengan mengekstrak wavelet pada horizon yang menjadi target inversi. Inipun tidak ada jaminan akan berhasil, karena sifat wavelet yang tergantung terhadap fasa dan attenuasi.
3. Tahapan Seismik
Metode seismik refleksi merupakan metode geofisika yang umumnya dipakai untuk penyelidikan hidrokarbon. Biasanya metode seismik refleksi ini dipadukan dengan metode geofisika lainnya, misalnya metode grafitasi, magnetik, dan lain-lain. Metode seismik refleksi adalah yang paling mudah memberikan informasi paling akurat terhadap gambaran atau model geologi bawah permukaan dikarenakan data-data yang diperoleh lebih akurat. Pada umumnya metode seismik refleksi terbagi atas tiga tahapan utama, yaitu:
a. Pengumpulan data seismik (akuisisi data seismik): semua kegiatan yang berkaitandengan pengumpulan data sejak survey pendahuluan dengan survey detail.
b. Pengolahan data seismik (processing data seismik): kegiatan untuk mengolah data rekaman di lapangan (raw data) dan diubah ke bentuk penampang seismik migrasi.
c. Interpretasi data seismik: kegiatan yang dimulai dengan penelusuran horison,pembacaan waktu, dan plotting pada penampang seismik yang hasilnya disajikan atau dipetakan pada peta dasar yang berguna untuk mengetahui struktur atau model geologi bawah permukaan.
4. Manfaat dari Penggunaan Metode Seismik dalam Kehidupan
a. Selain mampu memetakan dimensi suatu perangkap minyak dan gas bumi, metode seismik juga mampu memetakan variasi sifat fisika batuan dengan pendekatan kecepatan penjalarannya. Dengan berkembangnya teknologi akusisi dan pengolahan data, memungkinkan sinyal refleksi dan transmisi dapat direkam dan diproses secara
Geo Pfisika FKIP UNS Page 85 akurat, sehingga informasi yang dibawanya sangat membantu dalam penafsiran sifat fisik batuan bawah permukaan,
b. Untuk kegiatan inventarisasi data dan informasi yang berkaitan dengan pengembangan keilmuan dalam cabang sedimentologi yang menggambarkan model dampak perubahan lingkungan di daratan daerah aliran sungai,
c. Sebagai studi perbandingan aspek sedimentologi dan fauna-mikrofauna antara lingkungan air tawar (sungai) dan air laut (muara sungai) dalam kaitannya dengan kondisi iklim modern dan masa lampau,
d. Pencarian air tanah (ground water), e. Eksplorasi hidrokarbon dan batubara,
f. Pemetaan patahan dan stratigrafi lainnya di bawah permukaan,
g. Mengetahui karakterisasi permukaan batuan dasar (characterization water),
h. Mengetahui sejauh manan penyebaran, besaran, dan jenis longsoran bawah laut serta pengaruhnya terhadap terjadinya tsunami,
i. Review dan studi literatur mengenai kondisi geologi, geofisika dan seismologi dalam mengidentifikasi aktivitas sumber gempa, khususnya di wilayah Indonesia,
5. Perbandingan antara Seismik Bias Dangkal ( refrected seismic) dan Seismik Refleksi (reflected seismic)
Seismik bias ( refrected seismic) dihitung berdasarkan waktu jalar gelombang pada tanah / batuan dari posisi sumber ke penerima pada berbagai jarak tertentu. Pada metode ini, gelombang yang terjadi setelah usikan pertama (first break) diabaikan, sehingga sebenarnya hanya data (first break) saja yang dibutuhkan. Parameter jarak (offset) dan waktu jalar dihubungkan oleh cepat rambat gelombang dalam medium. Kecepatan tersebut dikontrol oleh sekelompok konstanta fisis yang ada di dalam material dan dikenal sebagai parameter elatisitas. Manfaat dari penggunaan metode seismik bias (refraksi) antara lain :
a. Untuk analisa batuan di dalam geoteknik b. Menentukan kedalaman dari Bedrock c. Untuk eksplorasi air tanah
d. Untuk studi kerak bumi dan lempeng tektonik
Sedangkan dalam seismik pantul (reflected seismic), analisis dikonsentrasikan pada energi yang diterima setelah getaran awal diterapkan. Secara umum, sinyal yang dicari adalah gelombang-gelombang yang terpantulkan dari semua interface antar lapisan di bawah permukaan. Analisis yang dipergunakan dapat disamakan dengan “echo sounding” pada teknologi bawah air, kapal, dan system radar. Informasi tentang medium juga dapat diekstrak dari bentuk dan amplitude gelombang pantul yang direkam. Struktur bawah permukaan dapat cukup kompleks, tetapi analisis yang dilakukan masih sama dengan seismik bias, yaitu analisis berdasarkan kontras parameter elastisitas medium.
Manfaat dari penggunaan metode seismik pantul (refleksi) antara lain : a. Untuk mendeteksi rongga bawah permukaan tanah
b. Untuk studi stratigrafi dangkal
c. Untuk survey pemasangan Rig di lepas pantai d. Untuk eksplorasi mineral hidrokarbon
e. Untuk studi kerak bumi dan lempeng tektonik
Geo Pfisika FKIP UNS Page 86 6. Kelebihan dan kekurangan Metode Seismik
1. Kelebihan Metode Seismik
1) Dapat mendeteksi variasi baik lateral maupun kedalaman dalam parameter fisis yang relevan
2) Dapat menghasilkan citra kenampakan struktur di bawah permukaan
3) Dapat dipergunakan untuk membatasi kenampakan stratigrafi dan beberapa kenampakan pengendapan
4) Respon pada penjalaran gelombang seismik bergantung dari densitas batuan dan konstanta elastisitas lainnya. Sehingga, setiap perubahan konstanta tersebut (porositas, permeabilitas, kompaksi, dll) pada prinsipnya dapat diketahui dari metode seismik 5) Memungkinkan untuk deteksi langsung terhadap keberadaan hidrokarbon
2. Kekurangan Metode Seismik
1) Untuk mendapatkan data yang baik, maka dibutuhkan data survei yang banyak
2) Perolehan data sangat mahal baik akuisisi dan logistik dibandingkan dengan metode geofisika lainnya
3) Reduksi dan processing membutuhkan banyak waktu, membutuhkan komputer mahal dan ahli-ahli yang banyak
4) Peralatan yang diperlukan dalam akusisi umumnya lebih mahal dari metode geofisika lainnya
5) Deteksi langsung terhadap kontaminan, misalnya pembuangan limbah, tidak dapat dilakukan
7. Kelebihan dan Kekurangan Metode Seismik Refraksi (Bias) a. Kelebihan Metode Seismik Refraksi (Bias)
1) Pengamatan refraksi membutuhkan lokasi sumber dan penerima yang kecil, sehingga relative murah dalam pengambilan datanya
2) Processing refraksi relative simple dilakukan kecuali proses filtering untuk memperkuat sinyal first break yang dibaca
3) Karena pengambilan data dan lokasi cukup kecil, maka pengembangan model untuk interpretasi tidak terlalu sulit dilakukan seperti metode geofisika lainnya
b. Kekurangan Metode Seismik Refraksi (Bias)
1) Dalam pengukuran yang regional, seismik refraksi membutuhkan offset yang lebih lebar 2) Seismik bias hanya bekerja jika kecepatan gelombang meningkat sebagai fungsi
kedalaman
3) Seismik bias biasanya diinterpretasikan dalam bentuk lapisan-lapisa. Masing-masing lapisan memiliki dip dan topografi
4) Seismik bias hanya menggunakan waktu tiba sebagai fungsi jarak (offset) 5) Model yang dibuat didesain untuk menghasilkan waktu jalar teramati 8. Kelebihan dan Kekurangan Metode Seismik Refleksi (Pantul)
a. Kelebihan Metode Seismik Refleksi (Pantul)
1) Pengukuran seismik pantul menggunakan offset yang lebih kecil
2) Seismik pantul dapat bekerja bagaimanapun perubahan kecepatan sebagai fungsi kedalaman
Geo Pfisika FKIP UNS Page 87 3) Seismik pantul lebih mampu melihat struktur yang lebih kompleks
4) Seismik pantul merekam dan menggunakan semua medan gelombang yang terekam 5) Bawah permukaan tergambar secara langsung dari data terukur
b. Kekurangan Metode Seismik Refleksi (Pantul)
1) Karena lokasi sumber dan penerima yang cukup lebar untuk memberikan citra bawah permukaan yang lebih baik, maka biaya akusisi menjadi lebih mahal
2) Processing seismik refleksi memerlukan komputer yang lebih mahal, dan system database yang jauh lebih handal
3) Karena banyaknya data yang direkam, pengetahuan terhadap database harus kuat, diperlukan juga beberapa asumsi tentang model yang kompleks dan interpretasi membutuhkan personal yang cukup ahli
Geo Pfisika FKIP UNS Page 88